汽車車燈前燈與后燈裝配工藝介紹

汽車燈具制造中，前燈與后燈的裝配工藝是不相同的，這與前燈與后燈各自選材上不同而形成工藝上的差異。本文以前燈和后燈的選材為基點(diǎn)，講述前燈與后燈的制造裝配工藝。描述了前燈的黏接工藝和后燈的熱封工藝，并對(duì)兩種工藝中情況結(jié)合案例做了分析。同時(shí)對(duì)燈具激光焊接做了一定的介紹，激光焊接都能用于前燈與后燈的裝配工藝的需要，將是燈具裝配工藝的發(fā)展趨勢(shì)。

汽車車燈是汽車的一個(gè)必不可缺的組成部分，車燈是汽車的“眼睛”，它有兩種功能，一種是照明，一種是裝飾。特別是裝飾功能是車燈造型的一部分，隨著車燈光源的演變，在車燈外觀造型方面也跟著汽車車身造型整體化的發(fā)展，在車身造型中起到重要作用。目前汽車車燈正逐步向全塑料化發(fā)展，特別車燈前燈與后燈裝配鏈接有著既然的不同的工藝，本文將前燈后后燈裝配連接工藝做個(gè)分享。

汽車車燈的基本概況

1.1車燈塑料化趨勢(shì)

20世紀(jì)80年代，受能源危機(jī)的影響，日本對(duì)汽車功能等進(jìn)行改良。提出車燈選用注塑材料制作，適合于燈具大型注塑件的制造工藝，極大地降低了手工制作成本，使車燈自動(dòng)化生產(chǎn)效益進(jìn)一步提高。一個(gè)車型有很多的車燈，車燈可以分為前燈、后燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈、行車（位置）燈、牌照燈、內(nèi)外裝飾燈等，車燈在車輛安全行駛的過(guò)程中起了重要的作用。車燈生產(chǎn)經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，塑料化應(yīng)用程度已經(jīng)趨于96%以上，除個(gè)別導(dǎo)電金屬結(jié)構(gòu)件與電線，鏈接螺釘，燈泡外，基本上都進(jìn)行塑化加工，形成了全塑燈具[4]。

目前工程塑料在車燈領(lǐng)域應(yīng)用已具有優(yōu)越性，廣泛性和普及性。目前在燈具裝配中具有代表性的裝配案例當(dāng)屬前燈和后燈。

1.2前燈和后燈的基本概況

前燈也稱前大燈。前燈一般由遠(yuǎn)光燈、近光燈、轉(zhuǎn)向燈和行車燈等組合而成，也稱前燈組合。有一些車型行車燈為獨(dú)立設(shè)置，目前大多數(shù)的車型的前霧燈是獨(dú)立設(shè)置的。后燈也稱尾燈。后燈由倒車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈和行車燈等組合而成，也稱后燈組合。目前車燈技術(shù)的發(fā)展較快，無(wú)論是前燈還是還是后燈，其外形結(jié)構(gòu)是由燈體與配光鏡（燈罩）組合而成，在這樣的組合體內(nèi)安裝所需的配件和燈光源等，組成最后的燈具。由于前燈和后燈的功能要求不同，對(duì)燈具選材有著不同，導(dǎo)致出前燈和后燈裝配工藝不同的情況。

燈具裝配工藝

2.1前燈裝配工藝

目前前燈的燈體由改性聚丙烯材料制作，配光鏡（燈罩）材料由聚碳酸酯（PC）材料制作。聚丙烯屬于結(jié)晶型材料，聚碳酸酯屬于非結(jié)晶型材料，這兩種材料在分子結(jié)構(gòu)和性能有著較大地差異。燈體所用改性PP型號(hào)為PP-T20或PP-T40，其以共聚PP為底料，T20，T40分別表示滑石粉的20%，40%的含量，滑石粉主要成分是一種含水的硅酸鎂，理論上的化學(xué)式為3Mg·4SiO2·H2O。隨產(chǎn)地不同，其組成亦有所不同，塑料改性其粒徑根據(jù)用途和塑料品種的不同可從300目到3000目不等[5]。采用滑石粉改性是改善PP的缺點(diǎn)的有效方法，增加改性材料的熱變形溫度，成型收縮率減少，改性材料的彎曲模量逐步增加，具有高剛性、高耐熱性、高硬度和較好的流動(dòng)性、收縮小、耐沖強(qiáng)度等[6]。同時(shí)改性PP的電絕緣性和耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，耐疲勞性好，在通用塑料中它的力學(xué)性能和耐熱性最高，相對(duì)于其他塑料來(lái)說(shuō)，價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯。也有以共聚聚丙烯材料為底料，使用玻纖進(jìn)行改性，主要用于前霧燈燈體制作。

聚碳酸酯具有機(jī)械強(qiáng)度高、使用溫度范圍廣、電絕緣性能好、尺寸穩(wěn)定性好、透明性好等特點(diǎn)被廣泛使用于車燈配光鏡和其他零部件。PC用于配光鏡（燈罩）替代了原來(lái)玻璃燈罩，PC燈罩具有玻璃透明、不易變色的特點(diǎn)，使用PC的抗沖擊強(qiáng)度比玻璃高250倍，比聚甲基丙烯酸甲酯玻璃板材高30倍[7]，重量比玻璃的輕得多。前燈配光鏡選用光學(xué)性PC透光率在90%以上。由于PC的耐磨性和耐候性比較差，用做配光鏡（燈罩）必須經(jīng)過(guò)UV和超硬涂膜后能提高表面硬度、耐磨性和耐候性。

由燈罩和燈體通過(guò)采用黏膠黏接式進(jìn)行裝配[8]。黏膠使用的熱熔膠由SIS（苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物）樹(shù)脂，增黏樹(shù)脂，EVA，鈦白粉，增塑劑，色母料等加熱熔化后制成[9]，熱熔膠對(duì)黏接的要求不同，內(nèi)在的比例可需要調(diào)整，其基本成分不變。案例中微車前照燈使用熱熔膠牌號(hào)：HX-74GBA灰色，與燈體顏色保持一致。熱熔膠的顏色目前使用的較多的黑色與灰色，前燈燈體顏色以黑色為多。

其基本工藝：熱熔膠經(jīng)過(guò)溶膠機(jī)（設(shè)置溫度180~190℃）溶化后進(jìn)入溶膠頭，溶膠頭的動(dòng)作由電腦控制著，根據(jù)燈體上灌膠槽走向調(diào)整到位，對(duì)溶膠量用電子秤進(jìn)行確認(rèn)，溶膠頭走膠動(dòng)作、時(shí)高時(shí)低和走膠速度等都有電腦進(jìn)行調(diào)整后，一般要進(jìn)行2~4件走膠試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程確認(rèn)。生產(chǎn)時(shí)，員工操作將燈體放平在工裝里，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，溶膠頭開(kāi)始灌膠，走膠速度4m/min。灌膠完（如1所示），再進(jìn)入下工序，用燈罩進(jìn)行壓入燈體中，進(jìn)行壓實(shí)和冷卻，其工作壓力0.4~0.5MPa，壓實(shí)和冷卻時(shí)間10s，裝配其他零件后進(jìn)行密封試驗(yàn)和調(diào)光過(guò)程。為了保證溶膠與燈體的黏合性，避免注塑中使用脫模劑的因素，現(xiàn)在增加一般在溶膠前，增加一道火焰處理工序，在灌膠槽上用火焰處理一次，確保溶膠的黏合性，火焰處理工序由機(jī)械手按指令操作。

熱熔膠起到密封和黏接作用，其耐熱性和黏接強(qiáng)度較低，遇到氣候或者環(huán)境變化較大時(shí)熱熔膠會(huì)發(fā)生松弛或膨脹，導(dǎo)致黏接強(qiáng)度降低，容易造成局部漏氣，影響整燈的氣密要求。一般在整個(gè)燈體周圍設(shè)置必要的孔狀型和燈罩上的搭扣，限制熱熔膠膨脹帶來(lái)的不利因素，如圖2所示。

用燈罩壓入燈體中時(shí)，燈罩上凸臺(tái)狀在下壓力的作用下，將燈體上孔型狀上邊緣擠開(kāi)，燈罩上凸臺(tái)狀直接裝入燈體上孔型里，一般一個(gè)燈體周圍有6~8個(gè)搭扣，都是防止熱熔膠的膨脹，應(yīng)在裝配后型孔與凸臺(tái)之間不允許留有空隙的，否則給膨脹留有了余地。本案例中前照燈上設(shè)置了六個(gè)搭扣結(jié)構(gòu)。在有的燈體與燈罩配合時(shí)，扣合的距離相處較遠(yuǎn)時(shí)，為了防止熱熔膠膨脹造成局部漏氣的情況，也是設(shè)置用自攻螺釘結(jié)構(gòu)加以固定。如圖3中帶顏色所示位置均用自攻螺釘穿過(guò)燈罩固定在燈體上。

這里順便介紹前霧燈情況。本案燈罩由玻璃制作，燈體是PP加玻纖改性材料制作，燈罩和燈體采用黏膠黏接式進(jìn)行裝配。使用單組份室溫硫化硅橡膠；溶膠牌號(hào)：WR7218黑色。灌膠操作工藝同上述前照燈一樣，只是將玻璃燈罩壓入在燈體內(nèi)，進(jìn)行壓實(shí)。經(jīng)過(guò)24h的固化后才能進(jìn)行氣密檢查。采用金屬搭扣固定在燈罩與燈體之間，防止冷膠在固化過(guò)程中異常變化（如圖4所示）。用金屬搭扣同上述的前照燈搭扣原理是一樣的，本案前霧燈用了三個(gè)金屬搭扣就可以了。

在采用黏膠黏接工藝中，對(duì)燈體的生產(chǎn)過(guò)程中禁止使用脫模劑和一切帶油跡物品，遇到燈體上油跡時(shí)，溶膠與燈體沒(méi)有黏附住，影響燈具的氣密性，黏膠是忌油跡的。

2.2后燈裝配工藝

目前后燈的配光鏡（燈罩）材料由PMMA（聚甲基丙烯酸甲脂，俗稱亞克力或有機(jī)玻璃）制作，而后燈燈體一般是以ABS或者以ABS+PC合金材料制作為主，還有用ASA和PP改性材料制作。PMMA是一種晶瑩透明的非結(jié)晶性塑料，PMMA除了有較好地機(jī)械性能外，常溫下堅(jiān)固而剛硬，透光率≥92%，在室外使用10年后僅降至89%，長(zhǎng)時(shí)間暴露在室外仍維持不變形，具有耐候性好、力學(xué)強(qiáng)度高、注塑加工性能好等優(yōu)良特性，能耐多種常見(jiàn)化學(xué)品（如酸、堿、鹽等）腐蝕，用于光學(xué)透明制品和后燈外配光鏡和車內(nèi)氛圍燈的光導(dǎo)材料。

ABS是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯組成的三元共聚物，簡(jiǎn)稱ABS。在車燈領(lǐng)域，ABS一般是與PC材料進(jìn)行改性后使用，兼顧兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，也可根據(jù)使用溫度和沖擊性能來(lái)調(diào)節(jié)ABS和PC各自含量比例，做成PC/ABS合金材料。ABS、ASA、PC/ABS合金一般用于后燈等體等。

目前，后燈燈體與配光鏡裝配連接工藝以熱板焊接為主。熱板焊接也稱為熱封焊接，是一種最簡(jiǎn)單的塑料焊接技術(shù)，起初是用在蓄電池?zé)岱夂附又?。在焊接過(guò)程中,要求將兩個(gè)塑件封接成為一整體。一般使用熱封機(jī)進(jìn)行操作。熱封機(jī)就是利用外界的各種條件（如加熱方式等）使被焊接兩個(gè)塑件的連接面分邊加熱，封口部位受熱變?yōu)轲ち鳡顟B(tài)，使連接面上形成一層熔化層,加壓使之黏接，并借助一定壓力和時(shí)間，使兩者塑料之間熔合為一體，冷卻后具有一定強(qiáng)度和密封性能，保證熱封后在使用過(guò)程中能承受一定的外力，不開(kāi)裂、泄漏、達(dá)到熱封的目的。

熱板焊接同類熱塑性塑料，對(duì)加熱板的溫度控制一致比較容易；對(duì)不同類型的塑料焊接時(shí)，兩塑料之間溫度有差異的影響，對(duì)加熱板的制造和加工增加了一定的難度。焊接過(guò)程中，一般需要工裝夾具，也稱為熱封模具。熱封模具主要為兩個(gè)塑件的分邊固定和做上下運(yùn)動(dòng)，加熱板做前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)，保證塑件之間焊接質(zhì)量，如圖5所示。

本案例中后燈組合：燈罩由PMMA材料制作，燈體由ABS材料制作，表面作鍍鋁處理，增加其反射作用。采用熱板焊接式連接燈罩和燈體，其基本工藝如下：燈罩加熱溫度380±10℃，燈體加熱溫度220±10℃，由于加熱板上下溫度不一樣，中間有隔熱裝置，需要分別用熱電偶控制。配光鏡放在上模上，有5只皮碗的吸附力吸住配光鏡；燈體放在下模上，下模由氣動(dòng)構(gòu)件把燈體固定著；加熱板向前進(jìn)，到位后，上模和加熱板一起下行壓到下模的燈體上，開(kāi)始施壓加燙，一般加燙時(shí)間15~18s，上下加燙由位置設(shè)置的；加燙時(shí)間完后，上模和加熱板上升，加熱板即向后退到位，上模帶著配光鏡快速壓在燈體上，一般保壓冷卻時(shí)間10s，設(shè)備工作氣壓為0.5~0.7MPa；最后上模上提，全部泄壓，取出整燈。熱板焊接后燈具上有了內(nèi)應(yīng)力，需要做回火處理，一般是70℃，時(shí)間是1h。

2.3激光焊接應(yīng)用

最近幾年中，激光焊接應(yīng)用到車燈領(lǐng)域，起初是在后燈上應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)逐步應(yīng)用到前燈上了（如圖6所示）。激光焊接對(duì)燈體與燈罩產(chǎn)品的零件狀態(tài)一致性要求比較嚴(yán)格。燈體與燈罩產(chǎn)品一致性包括尺寸，變形，焊筋等，激光焊零件狀態(tài)一致，只要激光焊機(jī)工藝調(diào)整好了，后面基本不需要調(diào)設(shè)備的焊接工藝參數(shù)，相對(duì)來(lái)說(shuō)效率較高。車燈領(lǐng)域的激光焊接焊接的對(duì)象為樹(shù)脂，其他原理與車身焊接相同。它是將待焊接的兩個(gè)或多個(gè)樹(shù)脂部件通過(guò)激光產(chǎn)生的熱能使樹(shù)脂部件熔化并完全黏合的技術(shù)，以此實(shí)現(xiàn)車燈的良好密封性。其步驟分為：①將待焊接的兩個(gè)部件通過(guò)治具夾具固定。②上下治具閉合，將部件夾緊在一起，然后以近紅外線激光NIR（波長(zhǎng)810~1064nm），透射過(guò)第一個(gè)部件，然后被第二個(gè)部件吸收所，所吸收的近紅外線激光化為熱能，將兩個(gè)部件的接觸表面熔化，形成焊接區(qū)。③施加壓力，使焊接區(qū)牢固[10]。激光焊接塑料的方法為2種，一種是利用遠(yuǎn)紅外CO2激光焊接塑料--非接觸激光焊接（簡(jiǎn)稱NCLW)；另一種是利用近紅外激光焊接熱塑性塑料--透過(guò)激光塑料焊接(簡(jiǎn)稱TTLE)[11]。目前使用較廣泛的是透過(guò)激光塑料焊接。

車燈激光焊接設(shè)備的投入比一般焊接設(shè)備投入較大，在應(yīng)用過(guò)程中還要導(dǎo)入FMEA（設(shè)計(jì)潛在失效模式）的思想，相應(yīng)分析出會(huì)產(chǎn)生影響產(chǎn)品質(zhì)量的潛在隱患，導(dǎo)致車燈機(jī)能不良甚至有發(fā)生交通事故的可能，提供了幾種在設(shè)計(jì)階段保證產(chǎn)品質(zhì)量的分析方式，以及在試做以及量產(chǎn)后對(duì)品質(zhì)進(jìn)行管理的常用方法。這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝人員和操作人員具備較好地操作技能等，目前車燈激光焊接技術(shù)只是在一些規(guī)模較大地公司部分應(yīng)用，并不是全面推廣，車燈激光焊接技術(shù)全面推廣還需要一段時(shí)間。